數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸.ppt

1、a,1,第三章 數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸,a,2,學(xué)習(xí)目標(biāo),基帶傳輸系統(tǒng)組成及各部分功能 基帶信號(hào)的波形、碼型（時(shí)域）和頻譜特征 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的基本模型 碼間干擾,a,3,a,4,噪聲,信道,噪聲,調(diào) 制,解 調(diào),信道,基帶脈沖輸入,基帶脈沖輸出,編 碼,解 碼,信 源,信 宿,基帶脈沖輸出,基帶脈沖輸入,編 碼,信 源,解 碼,信 宿,a,5,噪聲,信道信號(hào)形成器,接收濾波器,信道,噪聲,調(diào) 制,解 調(diào),信道,基帶脈沖輸入,抽樣判決器,基帶脈沖輸出,基帶脈沖輸入,基帶脈沖輸出,a,6,3.1 數(shù)字基帶系統(tǒng)的組成,信 源,編 碼 器,信道信號(hào) 形成器,信 道,檢 測(cè) 器,噪聲,解 碼 器,同步器

2、,信 宿,再生判決,位同步,幀同步,a,7,信號(hào)形成器對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行必要的處理，使其與信道特性相適應(yīng) 均衡器對(duì)輸入信號(hào)作某些處理，以消除或減弱信道所引入的畸變。 過(guò)濾器濾除加性干擾 檢測(cè)器對(duì)多畸變的信號(hào)進(jìn)行觀察，并根據(jù)事先確定的規(guī)律進(jìn)行判決，變換成規(guī)則信號(hào) 同步器同步換取裝置，向檢測(cè)器提供位同步脈沖，向解碼器提供幀同步信號(hào),a,8,a,9,a,10,3.2 數(shù)字基帶信號(hào)及頻譜特性,數(shù)字基帶信號(hào) 單極性波形 雙極性波形 單極性歸零波形 雙極性歸零波形 差分波形 多值波形（多電平波形） 基帶信號(hào)的頻譜特性 隨機(jī)序列的譜分析問(wèn)題,a,11,3.2.1 數(shù)字基帶信號(hào),數(shù)字基帶信號(hào) 是數(shù)字信息序列的一種

3、由信號(hào)表示的形式，它是用不同的電平或脈沖來(lái)表示相應(yīng)的數(shù)字消息的 特點(diǎn)：功率譜集中在零點(diǎn)頻率附近,a,12,碼型設(shè)計(jì)的目標(biāo),信號(hào)頻譜,時(shí)鐘同步,差錯(cuò)檢測(cè),信號(hào)干擾和抗噪聲度,費(fèi)用和復(fù)雜性,a,13,3.2.2基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型,復(fù)習(xí)幾個(gè)概念 信息量 信息速率、比特率、數(shù)據(jù)率 碼元、碼元寬度 碼元速率 調(diào)制速率,a,14,3.2.2基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型,在實(shí)際的基帶傳輸系統(tǒng)中，并不是所有代碼的電波形都能在信道中傳輸。例如：含有直流分量和較豐富低頻分量的單極性基帶波形就不適宜在低頻傳輸特性差的信道中傳輸，因?yàn)樗锌赡茉斐尚盘?hào)嚴(yán)重畸變。又如，當(dāng)消息代碼中包含長(zhǎng)串的連續(xù)1或0時(shí)，非歸零波形呈現(xiàn)出連續(xù)的固定

4、電平，因而無(wú)法獲取定時(shí)信息,a,15,3.2.2基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型,傳輸用的基帶信號(hào)的主要要求 對(duì)各種代碼的要求，期望將原始信息符號(hào)編制成適合于傳輸用的碼型稱為傳輸碼型的選擇 對(duì)所選碼型的電波形要求，期望電波形適宜于在信道中傳輸稱為基帶脈沖的選擇 傳輸碼的結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮主要特性 信號(hào)頻譜：相應(yīng)的基帶信號(hào)無(wú)直流成分和只有很小的低頻成分時(shí)鐘同步;能從其相應(yīng)的基帶信號(hào)中獲取定時(shí)信息 不受信息源統(tǒng)計(jì)特性的影響，即能適應(yīng)于信息源的變化 盡可能地提高傳輸碼型的傳輸效率 差錯(cuò)檢測(cè)：具有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力能 信號(hào)干擾和抗噪聲度 費(fèi)用和復(fù)雜性,a,16,NRZ-L(單極性) NRZ-L(雙極性) RZ-L(單極性) R

5、Z-L(雙極性) NRZI(單極性) 同步時(shí)鐘,1 0 1 1 0 1 0 0,1 0,1 0 -1,1 0,1 0 -1,1 0,a,17,雙相位,曼徹斯特碼 0=在間隔的中間位置從高向低跳變 1=在間隔的中間位置從低向高跳變,差分曼徹斯特碼 在間隔的中間位置總是有一個(gè)跳變 0=在間隔的起始位置跳變 1=在間隔的起始位置沒(méi)有跳變,a,18,曼徹斯特編碼 差分曼徹斯特編碼 同步時(shí)鐘,a,19,特點(diǎn),不歸零碼與歸零碼 前者的脈沖寬度大，信號(hào)的能量大，可提高信噪比，但不含時(shí)鐘信息； 后者包含時(shí)鐘信息，但脈沖寬度窄，占用較寬的頻帶，信道利用率低。 雙極性碼與單極性碼 前者直流輸出很少，有利于傳輸，而

6、后者含直流分量，不宜在線路上傳輸，通常用于設(shè)備內(nèi)部傳輸 曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特碼 自含時(shí)鐘，能進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，且沒(méi)有直流輸出，便于傳輸。但是，他要求比數(shù)據(jù)率更高的信號(hào)傳輸速率，和NRZ相比，需要更大的帶寬。不適合遠(yuǎn)距離傳輸,a,20,雙極性AMI 0=沒(méi)有線路信號(hào) 1=交替的變換為正電平和負(fù)電平 偽三進(jìn)制 0=交替的變換為正電平和負(fù)電平 1=沒(méi)有線路信號(hào) 8零替換碼（B8ZS） 先進(jìn)行雙極性AMI編碼，連續(xù)8個(gè)零的比特串被另一個(gè)比特串取代，這個(gè)比特串中有兩個(gè)碼是違反編碼規(guī)則的。 雙極性3零碼（HDB3） 先進(jìn)行雙極性AMI編碼，連續(xù)4個(gè)零的比特串被另一個(gè)比特串取代，這個(gè)比特串中有一個(gè)碼是違反

7、編碼規(guī)則的,a,21,擾碼技術(shù) 替換可能導(dǎo)致線路上產(chǎn)生恒定電平的比特序列，填入足夠多的跳變，以滿足接受器時(shí)鐘保持同步的需要。接收器必須能識(shí)別。 優(yōu)點(diǎn)： 沒(méi)有直流成分 沒(méi)有較長(zhǎng)的零電平線路信號(hào)序列 提供定時(shí)同步 不會(huì)增加數(shù)據(jù)率 可提供差錯(cuò)檢測(cè)能力 8零替換碼（B8ZS） 雙極性3零碼（HDB3,a,22,a,23,HDB3和AMI碼的功率譜密度,a,24,AMI碼 不含直流成分 高低頻分量少 能量集中在頻率為1/2碼速處 位定時(shí)頻率分量雖然為0，但只要將基帶信號(hào)經(jīng)全波整流變成單極性歸零波形，便可提取位定時(shí)信號(hào),a,25,提供一定程度的定時(shí)同步能力,優(yōu)點(diǎn),三元碼及多元碼與二元碼性能比較,不存在靜直

8、流成分，信號(hào)帶寬較窄,一個(gè)信號(hào)元素只代表一個(gè)比特三進(jìn)制log23 = 1.58 bits,接收器必須區(qū)分三個(gè)電平（+1，-1，0），在信噪比一定的情況下，差錯(cuò)率要高得多,沒(méi)有二元碼效率高,a,26,差分編碼,概念 差分編碼中，被傳輸?shù)男畔⑹怯蓛蓚€(gè)連續(xù)信號(hào)之間是否發(fā)生變化而不是信號(hào)元素本身的大小決定的 優(yōu)點(diǎn) 在有噪聲的情況下，比起將信號(hào)值與門限值直接比較，檢測(cè)信號(hào)的跳變更為可靠 在復(fù)雜的傳輸結(jié)構(gòu)中，信號(hào)的正負(fù)極很容易變得不具有任何意義,a,27,單極性不歸零碼用脈沖寬度等于碼元間隔的矩形脈沖的有無(wú)表示碼元。直流分量不為0 雙極性不歸零碼用寬度等于碼元間隔的兩個(gè)幅度相同但極性相反的舉行脈沖表示碼元

9、。直流分量近似為0 單極性歸零碼與單極性不歸零碼相似，只是脈沖的寬度小于碼元間隔 雙極性歸零碼與雙極性不歸零碼相似，只是脈沖的寬度小于碼元間隔,a,28,交替極性碼用無(wú)脈沖表示碼元0，而碼元1則交替的用正極性脈沖和負(fù)極性脈沖表示 差分碼用相鄰脈沖極性的改變表示1，用極性不改變表示0 多電平信號(hào)（多元碼）用幅度能取多個(gè)值的脈沖表示多進(jìn)制的碼元,a,29,a,30,3.2.3數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜特性,研究基帶信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)是十分必要的，通過(guò)譜分析，我們可以了解信號(hào)需要占據(jù)的頻帶寬度，所包含的頻譜分量，有無(wú)直流分量，有無(wú)定時(shí)分量等。這樣才能針對(duì)信號(hào)譜的特點(diǎn)來(lái)選擇相匹配的信道，并確定是否能從信號(hào)中提取定

10、時(shí)信號(hào)。 頻譜分析方法： 傅里葉變換？ 隨機(jī)信號(hào)的分析理論,a,31,1、基帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)方式,一般令 代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)符號(hào)0， 代表1，碼元的時(shí)間間隔為T。假設(shè)數(shù)據(jù)序列出現(xiàn)0、1的概率分別為P和1-P，且認(rèn)為他們的出現(xiàn)彼此統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，則基帶數(shù)據(jù)信號(hào)可表示為,a,32,2、基帶信號(hào)的功率譜密度,利用隨機(jī)信號(hào)的分析方法可得信號(hào)序列的功率譜密度表達(dá)式為,a,33,連續(xù)譜：始終存在 離散譜：與1、0出現(xiàn)的概率和信號(hào)脈沖的寬度有關(guān)，在某些情況下可能沒(méi)有離散譜分量,a,34,3、幾種基帶數(shù)字序列的功率譜密度,雙極性歸零序列 設(shè)1、0出現(xiàn)的概率各為1/2，脈沖寬度為 幅度為A，則 ，矩形脈沖,a,35,其功

11、率譜密度為,a,36,雙極性不歸零序列 設(shè)1、0出現(xiàn)的概率各為1/2，矩形脈沖脈沖寬度為 幅度為A,a,37,單極性歸零序列 設(shè)1、0出現(xiàn)的概率各為1/2，0碼發(fā) 1碼發(fā)0，矩形脈沖為,a,38,其功率譜密度為,a,39,單極性不歸零序列,a,40,離散譜：提供定時(shí)信息 連續(xù)譜：有效帶寬 連續(xù)譜的第一個(gè)過(guò)零點(diǎn) 脈沖寬度的倒數(shù),a,41,4、功率譜特點(diǎn),1） 單極性碼既有連續(xù)譜，又有離散譜，但單極性不歸零碼，雖有離散譜，但無(wú)f=fs的譜線，無(wú)法提取定時(shí)信息 雙極性碼只有連續(xù)譜，沒(méi)有離散譜 （2） 不歸零碼連續(xù)譜第一個(gè)零點(diǎn)為 歸零碼連續(xù)譜第一個(gè)零點(diǎn)為,a,42,a,43,5、了解基帶信號(hào)的功率譜密度的意義,根據(jù)功率譜，可知道信號(hào)的功率主要集中在哪個(gè)頻率范圍內(nèi)，這樣就可以考慮系統(tǒng)應(yīng)有過(guò)的傳輸帶寬。 可以了解如何從接收數(shù)據(jù)信號(hào)序列中提取接收端需要的碼元定時(shí)信息,a,44,3.3 碼間干擾,基帶通信系統(tǒng)的一般模型,a,45,a,46,再生判決器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行抽樣判決，以確定所傳送的數(shù)字消息序列a